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第9章全球定位系统（GPS）
参考书籍
•《GPS测量原理及应用》，张勤等，科学出版社
–GPS卫星信号及其测量原理，GPS静态定位原
理，GPS动态定位原理，GPS定位测量数据处
理
第9章全球定位系统（GPS）•GPS技术
•GPS的信息传输
•GPS的应用
1. GPS 技术
•1）GPS 定位
–卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。

trop
ion d d dT dt c p P ++−+=)(式中P ——接收机到卫星间的测量距离
p ——接收机到卫星间的几何距离；c ——光速；dt ——卫星时钟与GPS 标准时间偏差；dT ——接收机时钟与GPS 标准时间偏差；d ion ——电离层时延而产生的距离偏差；d trop ——对流层时延而产生的距离偏差。

一维定位
1. GPS技术(续)•1）GPS定位(续)–三维定位
1. GPS技术(续)•2）GPS系统的组成•GPS系统包括三大部分：–空间部分
•GPS卫星星座；
–地面控制部分
•地面监控系统；
–用户设备部分
•GPS信号接收机。

2 GPS的信息传输
•1) GPS信息接收
–GPS系统的用户是隐蔽的，它是一种单向信息
传输系统，用户只接收而不能发射信号，因此
用户的数量也是不受限制的。

–GPS卫星所传播的信号，包括载波信号、P码、C/A码和数据码（也称D码）等多种信号分量，其中P码和C/A码称为测距码。

–C/A码精度较低，但码结构公开，P码精度较
高，但结构不公开。

GPS的信号分量都是在同
一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生的，
取L波段的两种不同频率的电磁波为载波：
f1=154*f0=1575.42MHz；
f2=120*f0=1227.60MHz.
2.GPS的信息传输(续)•接收机组成
–变频及中频放大器
–信号通道
–存储器
–微处理器
•GPS的数据传输方式
–其结构为：$GPRMC，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，
(10)，( l1)*hh(CR)(LF)
–(1)当前位置的格林尼治时间，格式为hhmmss。

–(2)状态，A 为有效位置，V为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于3颗。

–(3)纬度，格式为ddmm．mmmm。

–(4)标明南北半球，N 为北半球、S为南半球。

–(5)径度，格式为dddmm．mmmm。

–(6)标明东西半球，E为东半球、W 为西半球。

–(7)地面上的速度，范围为0．0到999．9。

–(8)方位角，范围为000．0到359．9度。

–(9) 日期，格式为ddmmyy。

–(10)地磁变化，从000．0到180．0度。

–(11)地磁变化方向，为E 或W。

2 GPS的信息传输
移动目标
监控中心用户
GPS卫星GPS接收器消息显示终端
移动控制单元
移动
调制解调器公网公网
地理信息系统
数据库
管理系统
cetrac计算机
辅助派遣系统
互联网服务器
短消息服务器
ACD/IVR
个人电脑
浏览器
GPRS手机
GMS/CDMA手机
PSTN
车辆定位跟踪服务工作原理
2 GPS的信息传输(续)•1）利用专用集群系统
GPS车辆监控调度系统
2 GPS的信息传输(续)•2) 利用GSM公网
–短信
–GPRS
2 GPS的信息传输(续)
•2) 利用GSM公网(续)
–“点对点”短信服务模式
•即车载单元和监控中心都采用类手机的短信收发通
信模块，车载单元短信收发通信模块将包括GPS信
息在内的短信和要发往的目的站一同发给短信服务
中心(SMSC)，再由SMSC转发给监控中心短信收发
通信模块；
2 GPS的信息传输(续)
•2) 利用GSM公网(续)
–“点对中心”短信服务模式
•即短信上行时，车载单元短信通信模块将包括GPS
信息在内的短信和要发往的目的站信息一同发给
SMSC，再由SMSC转发给短信网关(ISMG)，最后
经DDN专用数字电路或Internet路由至监控中心进
行处理；短信下行时，监控中心将包括中央处理机
送出的命令和差分修正信号在内的短信和要发往的
目的站信息经DDN专用数字电路或Internet路由至
ISMG，再发给SMSC，最后由SMSC转发给车载单
元短信通信模块。

2 GPS的信息传输(续)
•2) 利用GSM公网(续)
–GPRS服务模式
•车载单元的GPRS通信模块将包括GPS信息在内的
GPRS分组和专用APN（Access Point Network）信
息经基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，SGSN
与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信，GGSN对分
组数据进行相应的处理，再经DDN专用数字电路或
Internet路由至监控中心；来自监控中心标识有车载
单元地址的分组数据包，由GGSN接收，再转发到
SGSN，继而传送到车载单元。

2 GPS 的信息传输(续)•2) 利用GSM 公网(续)–三种GSM 服务模式综合分析
低
高中中极短强GPRS 服务模式低中低广短强“点对中心”短信服
务模式
低低低广长弱“点对点”短信服务
模式
通信成本网络成本终端成本覆盖范围时延数据处
理能力
3 GPS的应用
•1) GPS在交通领域的应用
–GPS在车辆导航监控方面的应用
•车辆监控和调度
•智能车路管理
–GPS在交通规划领域中应用
•在交通数据采集管理中的应用
•与地理信息系统GIS结合
•基于GPS技术的交通规划理论的变革探讨
3 GPS的应用(续)•2) 基于GPS/GIS的车辆导航
3 GPS的应用(续)
•2) 基于GPS/GIS的车辆导航(续)
3 GPS的应用(续)
•3) 基于GPS/GIS车辆监控与运营管理–车辆监控
–车辆运营管理：查询，多车辆跟踪，报警
3 GPS的应用(续)
•3) 基于GPS/GIS车辆监控与运营管理(续)–GPS/GIS车辆运营系统模块示意图。